CN103872752B - 变电站供电系统 - Google Patents

Abstract

一种变电站供电系统，包括清洁能源供电系统、直流交流转换器、智能控制组件及站用变压器，清洁能源供电系统与直流交流转换器连接，智能控制组件与清洁能源供电系统和直流交流转换器连接。在清洁能源供电条件良好时，清洁能源供电系统供电，直流交流转换器转换，为站内用电设备供电；在阴雨天和夜晚，清洁能源供电系统无功率输出时，根据功率平衡原理，由站内变压器供电，自动补偿缺损功率。如此，变电站供电系统自动在清洁能源供电系统供电和站内变压器供电切换，充分利用清洁能源，减少资源消耗，无须配置储能装置和充电装置，系统简单，降低了运营成本。

Description

变电站供电系统

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种变电站供电系统。

背景技术

由于化石能源的缺乏和环境的污染日益严重，可再生能源在世界范围内得到了大力的支持而迅速发展。如光伏发电，光伏发电是将太阳能转化为电能的技术，为人类提供可持续能源，保护人类赖以生存的环境。

随着我国智能电网的大力发展，智能化变电站的迅速建设，可再生能源的接入既符合节能环保的号召，又是智能电网发展的重要组成部分。变电站是电网重要的组成部分，作为电网的支撑节点，是保障电力可靠传输的关键。由于变电站内大量变压器空冷装置的使用以及站内照明等因素，变电站本身也是不可忽视的重要用户，提高变电站的供电可靠性，减少变电站的运营成本有重要的意义。

一般地，变电站的清洁能源供电系统相对独立，需要设置储能装置和自动切换装置，当清洁能源供电环境良好时，照明系统等切换为由清洁能源供电，如光伏供电，并将多余的电存储到储能系统中。当清洁能源无法供应电能时，储能系统供电，直至储能系统无法满足供电需求时，自动切换装置切换到变电站站内供电。而变电站内大部分设备和照明灯具在晚上工作，因此造成了白天充电，晚上放电，缩短了储能装置、充电装置及自动切换装置的使用寿命，系统可靠性降低。

发明内容

基于此，有必要针对储能装置和充电装置白天充电、晚上放电，使用寿命短、系统可靠性低的问题，提供一种变电站供电系统。

一种变电站供电系统，包括

清洁能源供电系统；

与用电线路母线连接的直流交流转换器；

与用电线路母线连接，并对变电站供电系统进行监控和保护的智能控制组件；及

与用电线路母线连接的站用变压器；

所述清洁能源供电系统与所述直流交流转换器连接，所述智能控制组件分别与所述清洁能源供电系统和所述直流交流转换器连接。

在其中一实施例中，所述清洁能源供电系统包括太阳能光伏阵列和光伏汇流箱，所述太阳能光伏阵列与所述光伏汇流箱连接，所述光伏汇流箱分别与所述直流交流转换器和智能控制组件连接。

在其中一实施例中，所述光伏汇流箱包括直流汇流电路、直流熔断器和与地线连接的防雷器，所述直流汇流电路与所述太阳能光伏阵列连接，所述直流熔断器一端与所述直流汇流电路连接，另一端与所述直流交流转换器连接，所述直流汇流电路和所述直流熔断器均与所述防雷器连接，所述智能控制组件分别与所述直流汇流电路和直流熔断器连接。

在其中一实施例中，所述直流汇流电路包括与所述太阳能光伏阵列正极相连的正极汇流排，及与所述太阳能光伏阵列负极相连的负极汇流排，所述正极汇流排分别与所述防雷器和所述直流熔断器连接，所述负极汇流排分别与所述防雷器和所述直流熔断器连接，所述智能控制组件与所述正极汇流排连接。

在其中一实施例中，所述正极汇流排与所述负极汇流排均采用铜板汇流排。

在其中一实施例中，所述光伏汇流箱还包括可检测所述直流汇流电路电压和电流的检测单元，所述检测单元与所述直流汇流电路连接，并将所述直流汇流电路的电压与电流信息发送至智能控制组件。

在其中一实施例中，所述直流交流转换器为逆变器。

在其中一实施例中，所述智能控制组件包括智能控制器，及安装于用电线路母线与直流交流转换器之间的交流断路器，所述智能控制器分别与所述清洁能源供电系统、所述直流交流转换器和所述交流断路器连接。

在其中一实施例中，所述智能控制组件还包括报警装置，所述报警装置与所述智能控制器连接。

上述变电站供电系统，包括清洁能源供电系统、与用电线路母线连接的直流交流转换器、与用电线路母线连接，并对变电站供电系统进行监控和保护的智能控制组件及与用电线路母线连接的站用变压器，清洁能源供电系统与直流交流转换器连接，智能控制组件分别与清洁能源供电系统和直流交流转换器连接。在清洁能源供电条件良好时，清洁能源供电系统供电，直流交流转换器转换，为站区用电设备供电；在清洁能源供电系统无功率输出或输出功率较小时，根据功率平衡原理，站内变压器供电，自动补偿缺损功率。

智能控制组件监控和保护变电站供电系统，当变电站发生失电紧急事故，在有清洁能源供电条件时，智能控制组件控制清洁能源供电系统与用电线路母线的并网，清洁能源供电系统提供紧急电源；当清洁能源供电系统发生异常，智能控制组件控制清洁能源供电系统与用电线路母线开网，由站内变压器供电。

如此，变电站供电系统由清洁能源供电系统供电和站内变压器供电，根据功率平衡原理，自动补偿功率以满足用电设备功率需要，充分利用清洁能源，减少资源消耗，无须配置储能装置、充电装置及自动切换装置，系统简单，降低了运营成本，还避免了因存在储能装置、充电装置和自动切换装置等使用寿命短的问题，提高了系统的可靠性。智能控制组件监控和保护变电站供电系统，提高了变电站供电系统的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明不申请实施例或现有技术中的方案，下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术普通技术人员来说，在不付出劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为一实施方式的变电站供电系统的结构示意图；

图2为一实施方式的变电站供电系统的光伏汇流箱的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，一种变电站供电系统，包括清洁能源供电系统110、与用电线路母线150连接的直流交流转换器120、对变电站供电系统进行监控和保护的智能控制组件130及与用电线路母线150连接的站用变压器140，清洁能源供电系统110与直流交流转换器120连接，智能控制组件130分别与清洁能源供电系统110、直流交流转换器120及用电线路母线150连接。

清洁能源指不排放污染物的能源，如太阳能、风能或生物能，在变电站内，常用清洁能源包括太阳能和风能，在本实施例中，清洁能源以太阳能为例，清洁能源供电系统110不包括储能装置、充电装置和自动切换装置。用电线路母线150为380V的用电线路母线150，站用变压器140和站区用电设备160分别与用电线路母线150连接，站用变压器140将高压的电源变换成380V的电源。站区用电设备160包括照明、电机、加热器、风机、冷却装置、电动泵和直流充电机等设备。

清洁能源供电系统110和直流交流转换器120连接，清洁能源供电系统110提供直流电源，直流交流转换器120将直流电源转换为交流电源，并接入用电线路母线150，为站区用电设备提供电力。

当清洁能源供电系统110供电环境良好时，以太阳能为例，如阳光充足时，清洁能源供电系统110可产生较大的功率，经过直流交流转换器120转换，接入用电线路母线150从而为站区用电设备供电。如阴天或夜晚，清洁能源供电系统110无功率输出，则自动改由站用变压器140为站区用电设备160供电。

此外，当站内发生失电紧急事故时，清洁能源供电系统提供电源，从而保证站区用电设备160的供电可靠性，保证了变电站的运行稳定性和安全性。当然，通常情况下，清洁能源供电系统110输出功率无法满足站区用电设备160所有设备的供电要求，清洁能源供电系统110与站用变压器140共同为站区用电设备160供电。

智能控制组件130分别与清洁能源供电系统110、直流交流转换器120及用电线路母线150连接，可采集变电站供电系统中的电气量、直流交流转换器120的有功功率、无功功率、电流等因素，并进行保护，控制清洁能源供电系统110与用电线路母线150的开网和并网，从而对变电站供电系统进行保护。

一般地，清洁能源供电系统110在没有发生异常时与用电线路母线150属于并网状态，当发生异常时，智能控制组件130控制清洁能源供电系统110与用电线路开网，从而保护与用电线路母线150连接的站区用电设备160。

智能控制组件130还可时刻监控清洁能源供电系统110与用电线路母线150上的电气量、电压、电流有功功率、无功功率和电流因素等，从而更全面的对用电系统进行保护，防止异常发生对站内用设备160的损害。

上述变电站供电系统，在清洁能源供电条件良好时，经清洁能源供电系统110供电，直流交流转换器120转换，为站区用电设备160供电，在清洁能源供电系统110无功率输出时或输出功率较小时，根据功率平衡原理，站内变压器140供电。

当变电站发生失电紧急事故，在有清洁能源供电条件时，智能控制组件130控制清洁能源供电系统110与用电线路母线150的开网及并网，由清洁能源供电系统110提供紧急电源。当清洁能源供电系统110发生异常时，智能控制组件130监控并控制清洁能源供电系统110与用电线路母线150的开网，从而便于维护和检修。

如此，变电站供电系统自动在清洁能源供电系统110供电和站内变压器140供电切换，充分利用清洁能源，减少资源消耗，无须配置储能装置和充电装置，系统简单，降低了运营成本。此外，避免了储能装置白天充电，晚上放电，储能装置和充电装置使用寿命短的问题，提高了系统的可靠性。智能控制组件130监控和保护变电站供电系统，提高了变电站供电系统的稳定性和可靠性。

请参阅图1，在其中一实施例中，清洁能源供电系统110为光伏发电系统，具体包括太阳能光伏阵列112和光伏汇流箱114，太阳能光伏阵列112和光伏汇流箱114连接，光伏汇流箱114与直流交流转换器120连接，光伏汇流箱114分别与直流交流转换器120和智能控制组件130连接。如此，充分利用了变电站站点数量多，太阳光照面积大等特点，将太阳能转换为电能。且太阳能光伏阵列112可布置在主控楼楼顶和屋面、变电站的站前区、备用场地等位置，可充分利用场地，节省了空间且减少了资源的消耗。

太阳能光伏阵列112由多块光伏电池板串联和并联起来构成，由于单体太阳能光伏电池的输出电压、电流和功率较小，不能满足作为电源应用的要求，为了提高输出功率，需将多个单体电池合理的串、并联后封装成组件，构成太阳能光伏阵列112。

太阳能本身是一种低密度的平面能源，需要大面积的太阳能电池来采集，所以将太阳能光伏阵列112布置于楼顶、屋面等区域可增加太阳能光伏阵列112的采光性能。光伏汇流箱114将多个太阳能光伏阵列112输出的电缆进行并联即汇流，再与直流交流转换器120连接，而不是直接把太阳能光伏阵列112的电缆直接接入直流交流转换器120。如此，可减少太阳能光伏阵列112与直流交流转换器120的连线，简化结构，节约了电缆，也便于实际安装。

请参阅图2，在其中一实施例中，光伏汇流箱114包括直流汇流电路、直流熔断器1144和与地线连接的防雷器1146，直流汇流电路与太阳能光伏阵列112连接，直流熔断器1144一端与直流汇流电路连接，另一端与直流交流转换器120连接，直流汇流电路和直流熔断器1144均与防雷器1146连接，智能控制组件130分别与直流汇流电路和直流熔断器1144连接。

多个太阳能光伏阵列112与直流汇流电路连接，将直流汇流，然后输直流熔断器1144，接入直流交流转换器120，从而到达用电线路母线150。光伏汇流箱114一般安装在室外，为了防止雷击形成的瞬间较大的电流对设备损坏，在光伏汇流箱114内设置有防雷器1146，防雷器1146分别与直流汇流电路和直流熔断器1144连接，并通过地线接地。在遭到雷击时防止雷击产生的瞬间电流对设备造成损坏，同时也可以防止电路中其他设备故障形成的较大电流损坏设备。

直流熔断器1144一端与直流汇流电路连接，另一端与直流交流转换器120连接，当电路中出现设备无法承受的异常电流时，对光伏汇流箱114的熔断保护，实现对光伏汇流箱114的短路保护和过载保护，增加系统的安全性和稳定性。

智能控制组件130与直流汇流电路连接，可监测直流汇流电路的电力信息，并可控制直流熔断器1144对光伏汇流箱114进行断路保护和过载保护。

请参阅图2，在其中一实施例中，直流汇流电路包括与太阳能光伏阵列112正极相连的正极汇流排1141和与太阳能光伏阵列112负极相连的负极汇流排1143，正极汇流排1141分别与防雷器1146和直流熔断器1144连接，负极汇流排1143分别与防雷器1146和直流熔断器1144连接，智能控制组件130与正极汇流排连接。

光伏汇流箱114是对多个光伏阵列电流进行汇流，正极汇流排1141与多个光伏阵列的正极接口连接，负极汇流排1143是与多个光伏阵列的负极接口相连。如此，正极汇流排1141和负极汇流排1143将多个支路的电流汇集成一路，输入直流熔断器1144，简化了结构，节省了电缆，降低了成本。此外，正极汇流排1141和负极汇流排1143与防雷器1146连接，可防止电路受到雷击或较大的异常电流的损害。

在其中一实施例中，正极汇流排1141和负极汇流排1143采用铜板汇流排。如此，使汇流排的导电性能更好，并且可以使光伏汇流箱114对汇流得到的较大电流的防护性更好，防止较大电流烧毁电路，增加了系统的安全性和可靠性，提高了汇流箱的使用寿命。

请参阅图2，在其中一实施例中，光伏汇流箱114还包括可检测直流汇流电路电压和电流的检测单元1148。检测单元1148可与直流汇流电路的正极输入口连接，也可以与直流汇流电路的负极输入口连接，在本实施例中，与正极输入口连接。检测单元1148可以对直流汇流电路的总电压、总电流进行检测，还可以对输入到直流汇流电路的每一路光伏直流电流的大小或电压大小进行检测。

检测单元1148检测到的电压和电流的信息发送至智能控制组件130，当电压或电流异常，智能控制组件130控制切换供电方式，从而保证用电线路母线150的稳定持续供电，提高了系统的稳定性和安全性。此外，检测单元1148还可检测出每一路光伏直流电压或电流的大小，当某一路发生问题时，可及时发现并解决。

在其中一实施例中，直流交流转换器120为逆变器。逆变器将直流电转换为230V、50HZ交流电或其他类型的交流电。在本实施例中，转换为380V的交流电。

逆变器不只具有将直流转换为交流电的功能，还可起到维护太阳能光伏阵列112的作用。当早晨日出后，随着太阳辐射强度的逐渐增加，太阳能光伏阵列112的输出功率也逐渐增大，当达到逆变器任务所需的功率时，逆变器主动开端运转，当太阳能光伏阵列112输出变小，小于逆变器任务所需功率时，逆变器停止运转。

需要指出，逆变器的任务功率可人工设定，当夜晚或太阳能光伏阵列112输出接近0时，逆变器便进入待机状态。如此，可自动对太阳能光伏阵列112的直流电源进行转换，智能化程度高。

当然，逆变器为电源转换装置技术领域常用的技术，故不再赘述逆变器的具体结构和原理。

请参阅图1，在其中一实施例中，智能控制组件130包括智能控制器132和安装于用电线路母线150与直流交流转换器120之间的交流断路器134，智能控制器132分别与清洁能源供电系统110、直流交流转换器120、站用变压器和交流断路器134连接。

在本实施例中，智能控制器132采用嵌入式的硬件装置，通过内部的逻辑算法，实现对系统的监控及故障状态下的保护。在用电线路母线150和直流交流转换器120之间设置有交流断路器134。

智能控制器132通过现场总线与清洁能源供电系统110、直流交流转换器120、用电线路母线150连接。可采集到上述装置的电压、各直流交流转换器120的有功功率、无功功率、功率因素、电压和电流信息等，并自动控制系统内的保护装置，实现系统的安全保护。

智能控制器132还与变电站站内监控系统通讯连接，时时将所采集的信息传递至变电站站内监控系统，监控人员掌控监控信息，从而实施人工控制、维护、检修和保护措施，增加了变电站用电系统的安全性。

当清洁能源供电系统110输出的功率较小，难以满足站区用电设备160的供电需求，或者清洁能源供电系统110发生供电故障时，智能控制器132可采集到相关的电能信息，如电压、功率等，控制断路器闭合，实现并网和离网的控制。例如，断路器与直流交流转换器120断开，则根据功率平衡原则，缺损的部分功率自动从站用变压器140获取。保证了用电设备的持续用电。

当清洁能源供电系统110部分发生故障时，部分线路输出功率较小，或发生异常较大，则智能控制器132自动控制相应的断路器的开合，从而对线路进行保护，也便于快速查询出故障电路并进行检修。

智能控制器还与光伏汇流箱114的直流熔断器1144连接，将直流熔断器1144的开合发送给显示终端，实现对供电线路的时时监测。

在其中一实施例中，智能控制组件130还包括报警装置(图未示)，报警装置与智能控制器132通讯连接，当系统中，某些电路发生故障，或者电路中过压或者欠压，报警装置可将故障信息或异常信息发送至显示终端，并发出报警声音，从而实现实时智能监控报警。

当然，在其他实施例中，也可以采用其他报警方式，如报警灯，并将报警信息发送至监控平台等方式，报警装置所限定的电压或电流等参数可根据实际情况人工输入。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种变电站供电系统，其特征在于，包括：

清洁能源供电系统；

与用电线路母线连接的直流交流转换器,所述直流交流转换器为逆变器；

与用电线路母线连接，并对变电站供电系统进行监控和保护的智能控制组件；及

与用电线路母线连接的站用变压器，站区用电设备与用电线路母线连接，所述清洁能源供电系统与所述站用变压器共同为所述站区用电设备供电，所述清洁能源供电系统与所述直流交流转换器连接，所述智能控制组件分别与所述清洁能源供电系统和所述直流交流转换器连接，以控制所述清洁能源供电系统与所述用电线路母线的开网和并网。

2.根据权利要求1所述的变电站供电系统，其特征在于，所述清洁能源供电系统包括太阳能光伏阵列和光伏汇流箱，所述太阳能光伏阵列与所述光伏汇流箱连接，所述光伏汇流箱分别与所述直流交流转换器和智能控制组件连接。

3.根据权利要求2所述的变电站供电系统，其特征在于，所述光伏汇流箱包括直流汇流电路、直流熔断器和与地线连接的防雷器，所述直流汇流电路与所述太阳能光伏阵列连接，所述直流熔断器一端与所述直流汇流电路连接，另一端与所述直流交流转换器连接，所述直流汇流电路和所述直流熔断器均与所述防雷器连接，所述智能控制组件分别与所述直流汇流电路和直流熔断器连接。

4.根据权利要求3所述的变电站供电系统，其特征在于，所述直流汇流电路包括与所述太阳能光伏阵列正极相连的正极汇流排，及与所述太阳能光伏阵列负极相连的负极汇流排，所述正极汇流排分别与所述防雷器和所述直流熔断器连接，所述负极汇流排分别与所述防雷器和所述直流熔断器连接，所述智能控制组件与所述正极汇流排连接。

5.根据权利要求4所述的变电站供电系统，其特征在于，所述正极汇流排与所述负极汇流排均采用铜板汇流排。

6.根据权利要求3～5任意一项所述的变电站供电系统，其特征在于，所述光伏汇流箱还包括可检测所述直流汇流电路电压和电流的检测单元，所述检测单元与所述直流汇流电路连接，并将所述直流汇流电路的电压与电流信息发送至智能控制组件。

7.根据权利要求1所述的变电站供电系统，其特征在于，所述智能控制组件包括智能控制器，及安装于用电线路母线与直流交流转换器之间的交流断路器，所述智能控制器分别与所述清洁能源供电系统、所述直流交流转换器和所述交流断路器连接。

8.根据权利要求7所述的变电站供电系统，其特征在于，所述智能控制组件还包括报警装置，所述报警装置与所述智能控制器连接。